Особенности исследования кинетики гетерогенного каталитического процесса и расчет РИВ

 

По данным значениям 1/ V_r  и Х  строят график ( рис.4) и определяют площадь (S) и время пребывания по уравнению (16).

После определения времени  пребывания рассчитывают объем реактора по уравнению (12) при заданной объемной производительности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Описание  лабораторной установки и подготовка её к работе

3.1 Описание устройства и работы экспериментальной установки

Лабораторная установка  состоит из следующих основных элементов:

1. реактор с электрообогревом;
2. микродозатор;
3. фазоразделитель;
4. холодильник;
5. газовая бюретка;
6. сосуд с водой;
7. градуированная пробирка с эталоном;
8. трехходовой кран;
9. кран;
10. резиновая груша.

Микродозатор 2 поршневого типа двухтактного действия. В первом такте происходит всасывание спирта из пробирки 7 в дозатор, во втором –  подача спирта в реактор 1. Объем дозы устанавливается с помощью ограничителя, положение которого регулируется. Значение объемов доз, а также температура проведения опыта, задаются преподавателем.

 

3.2. Подготовка установки к работе

1. Включить обогрев реактора. Установить при помощи потенциометра заданную преподавателем температуру.

2. Проверить прибор на герметичность. Для этого газовую бюретку необходимо полностью заполнить водой при помощи резиновой груши из сосуда. При заполнении трехходовой кран 8 закрывают, открывают кран 9 и создают резиновой грушей 10 давление в сосуде с водой 6. Вода из сосуда стремится заполнить свободное пространство газовой бюретки 5. После заполнения газовой бюретки водой кран 9 закрывают, трехходовой кран 8 открывают. В случае герметичности установки из бюретки вытекает небольшое количество воды, после чего ток воды прекращается.

3. Заполнить градуированную пробирку 7 эталоном. Установить объем дозы на микродозаторе 2. Подать воду в холодильник 4.

Схема лабораторной установки

9

1 7 5

 

2 вода

7 3 220

10

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Экспериментальная  часть

1. Экспериментальное  определение константы скорости  реакции при постоянной температуре

 

Таблица 1 – Экспериментальные и расчетные технологические параметры синтеза этилена

№ пп	, мл	, мм.рт.ст.	, мм.рт.ст.	t,	, мл	, 10-3  моль	, мл
1	95	760	17,5	275	46,24	2,06	1
2	80	760	17,5	275	38,94	1,74	1
3	50	760	17,5	275	24,335	1,09	1
4	150	760	17,5	325	66,9	2,99	1
5	120	760	17.5	325	53,52	2,39	1
6	98	760	17,5	325	43,71	1,95	1
7	210	760	17,5	375	86,435	3,86	1
8	170	760	17,5	375	69,97	3,12	1
9	100	760	17,5	375	41,16	1,84	1

 

d, г/см3	B, доли			, мл/мин	M/		, 10-4
0,98	0,8	0,017	0,121	0,25	600	0,137	1,51
0,98	0,8	0,017	0,102	0,5	300	0,113	1,51
0,98	0,8	0,017	0,064	0,75	200	0,068	1,51
0,98	0,8	0,017	0,176	0,25	600	0,211	1,94
0,98	0,8	0,017	0,1406	0,5	300	0,162	1,94
0,98	0,8	0,017	0,115	0,75	200	0,129	1,94
0,98	0,8	0,017	0,227	0,25	600	0,288	3,71
0,98	0,8	0,017	0,1835	0,5	300	0,222	3,71
0,98	0,8	0,017	0,108	0,75	200	0,1206	3,71

 

Приведём объём этилена к нормальным условиям:

где – давление паров воды над водяным зеркалом при комнатной температуре, мм. рт. ст.;

_. – полный объем этилена в газовой бюретке, мл;

 – атмосферное давление, мм. рт. ст. (определяют по барометру  в лаборатории);

t – комнатная температура, ^оС.

Число молей выделившегося  этилена:

Количество молей спирта, прошедшего через реактор:

где    V_сп. – объем спиртовой смеси, мл;

d – плотность этанола, г/см³;

М – молекулярная масса  спирта;

В – содержание спирта в сырье, доли.

      Степень превращения спирта:

 

 

 

 

 
 

На основании экспериментальных  данных строим график зависимости от (M/ и определяем экспериментальную константу скорости  процесса К_ЭКС, при различных температурах:

 

Рисунок 1 – Зависимость  от (M/

при

 

Рисунок 2 – Зависимость  от (M/

при

 

 

Рисунок 3 – Зависимость  от (M/

при

 

По графику определяем  экспериментальную константу скорости, соответствующую тангенсу угла наклона средней линии:

 

 

Логарифмируем значения , и строим график зависимости натурального логарифма от обратного значения температуры :

 

 

Рисунок 4 – Зависимость  натурального логарифма экспериментальной  константы от обратной температуры

 

По графику определяем значение , с помощью которого находим энергию активации:

Определив энергию активации, вычислим частотный фактор Аррениуса:

при 

при

при

 

Определим энтальпию  активации:

Определим энтропию активации  при каждой температуре:

при

при

при

 

Определим энергию Гиббса при каждой температуре:

при

при

при

 

 

5 Расчёт реактора идеального вытеснения

Таблица 3 – Вариант  задания для расчёта реактора

Варианты	Интервал измерения ХА	Шаг ее изменения DХА
4	0÷0,4	0,05

 

 

 

 

 

 

Данные расчётов сводим в таблицу 2.

Таблица 2

Скорость процесса	Степень  превращения
	3,171	2,869	2,594	3,005	2,71	2,439	4,195	3,751	3,339
	315357,9	348553,5	385437,5	332812,1	368987,4	409985,9	238370,3	266579,8	299490,9

 

Строим график зависимости  обратной скорости реакции  от степени превращения :

 

Рисунок 5 – Зависимость  обратной скорости реакции  от степени превращения

 

Площадь под кривой

Объём реактора определяем из уравнения  :

Вывод: в ходе лабораторной работы были получены следующие результаты: энтальпия процесса т.е. реакция эндотермическая и протекает с поглощением тепла; энергия Гиббса а это значит, что реакция не может протекать самопроизвольно; так как константа данного процесса меньше единицы, то равновесие смещается в сторону исходных веществ.